条带耕作与精准播种对灌溉及雨养条件下阿尔伯塔南部油菜生产系统的综合评价及其对出苗、生长与产量的影响

本综述系统评价了条带耕作（ST）与精准播种（PP）在加拿大草原区灌溉及雨养油菜生产体系中的应用效果。研究表明，PP可显著提高出苗均匀度（13%–17%）及冠层覆盖率，但圆盘锄（DH）开沟器因行距更窄，在提升种子产量（15%）方面更具优势；ST在保水、节能及减碳方面表现突出，尤其与DH联用时能保障高产稳产。NT则在雨养条件下通过节水效应有效缓解水分胁迫导致的减产风险。研究为优化油菜种植技术及可持续生产提供了重要理论与实践依据。

　　

Abstract

保护性耕作措施，包括免耕（NT）和少耕，在加拿大草原地区被广泛采用。然而，在免耕油菜（Brassica napus L.）体系中管理作物残留具有一定挑战。本研究评估了条带耕作（ST）和精准播种（PP）在处理作物残留及改善油菜出苗、生长和产量方面的效果。ST与NT和常规耕作（CT）进行了比较，而PP则与圆盘锄（DH）、窄刀（NK）和撒播开沟器（SP）在灌溉和雨养条件下对作物出苗和种子产量的影响进行了对比。结果表明，PP能有效提高均匀度，增加立苗率（13%–17%），在灌溉CT系统中尤为明显，83%的试验点显示出更高的植株密度。然而，不论土壤水分状况如何，DH开沟器在提高种子产量（15%）方面优于PP，这归因于其更窄的行距。在多数情况下，耕作措施不影响油菜生长参数或产量；但当ST与DH开沟器结合时，能够保证高产和稳定的种子产量。此外，NT在雨养条件下特别有益，可提高水分保持能力，有助于缓解水分受限环境中的产量损失。与CT相比，采用ST可改善保水性、降低能耗并减少碳足迹，使其成为农民在平衡产量稳定性和环境影响时的可行选择。采用PP时，需提供充足的养分供应以补偿植株间竞争并维持产量潜力。

Introduction

油菜（Brassica napus L.）是加拿大草原地区的主要油料作物，因其种子中低芥酸（<2%）和低硫苷（<30 μg mL^?1）含量而备受青睐。由于消费和需求的增长，加拿大草原地区的油菜产量从1981年的180万吨（MT）增加到2024年的1780万吨。预计到2030年，油菜产量将达到2470万吨，较2020年增长32%。为实现这一目标，平均油菜产量需提高约15%，同时收获面积需扩大32%。提高油菜产量可通过优化农艺管理措施和选择高产品种相结合来实现。

较高的作物出苗率有助于提高种子产量，促进早花早熟，降低秋霜风险，并减少绿籽发生率。均匀且快速的油菜立苗对于增强作物对杂草的竞争性、减少除草剂使用至关重要。尽管实验室条件下油菜种子发芽率超过95%，但田间出苗率多变且较低，不足50%。研究表明，在湿润条件下，随着播种深度从4 cm减少到1 cm，油菜出苗率从37%提高到62%，表明种子放置的重要性。

均匀且较高的油菜出苗可通过浅播、精确播种和一致的萌发条件实现。这些条件可通过采用适当的耕作措施进行种床准备和使用高效的播种方法保障。不同的播种方法影响种子放置和幼苗生长条件。精准播种机（行作物播种机）越来越多地用于播种油菜，特别是在已用于播种玉米、大豆、干豆和甜菜的地区。与传统播种机相比，精准播种机具有更好的深度控制和精确的种子行内放置，有潜力在比例、均匀度和速度上改善幼苗出苗。在加拿大西部进行的一项研究中，观察到空间均匀的油菜立苗比非均匀立苗的种子产量提高20%–32%。尽管有这些潜在优势，但评估精准播种机用于小籽粒作物（如油菜）的有效性研究仍缺乏。

油菜需要湿润、坚实且无大土块的种床以实现最佳幼苗萌发和立苗。常规耕作（CT）措施通常为油菜出苗提供更好的种床。然而，CT常与土壤退化加剧、有机质减少和表层土壤持水量降低相关。此外，CT措施导致更高的燃料、机械、劳动成本和能耗。因此，在过去五十年中，加拿大草原地区的农民显著转向保护性耕作措施，包括免耕（NT）和少耕。保护性耕作留下至少覆盖30%土壤表面的作物残留层。保护性耕作下的土壤往往具有更高的土壤有机质含量，从而改善土壤团聚性和持水能力。在半干旱的加拿大草原地区，观察到直接播种到小麦茬中的油菜比CT具有更高的水分利用效率（WUE）。

管理前茬作物残留是农民采用保护性耕作措施种植油菜时的关键考虑因素。过多的作物残留会延迟土壤升温，导致因土壤温度低而减少萌发和延迟植株建立。此外，大量的地表残留会阻碍种子与土壤的接触，导致根系穿透不良。减轻这些负面影响的一种方法是在播种期间将重型残留物从种子行移开。这可通过在播种行上创建无残留条带实现，确保更好的种子与土壤接触，同时在行间区域保持水分。这种称为条带耕作（ST）的技术结合了CT和NT的优点。

研究发现，条带耕作土壤的土壤温度比NT土壤高1.2–1.4°C，有助于提高ST下的植株出苗率。研究表明，与CT相比，ST使土壤碳平均增加20 Mg ha^?1，氮增加2 Mg ha^?1，增强了持水能力，导致美国东南沿海平原沙土上玉米产量增加189%。由于这些好处，ST被广泛采用，特别是用于行距较宽的作物，如玉米和甜菜。然而，由于为行距较窄的作物（如油菜）创建无残留播种行的挑战，关于ST应用于油菜的研究有限。

本研究的目的是确定不同耕作措施（ST、NT和CT）以及不同播种方法（精准播种（PP）与圆盘锄（DH）、窄刀（NK）和撒播开沟器（SP））对阿尔伯塔灌溉和雨养生产系统中油菜出苗、生长和产量的影响。

Materials and methods

试验在阿尔伯塔南部的四个地点进行：Lethbridge、Bow Island、Brooks和Stirling。这些地点在2021年至2023年期间处于雨养和灌溉条件下，每年建立一个新的地点。地点和农艺细节总结在表1-3中。

试验处理包括四种播种方法：PP和三种气钻开沟器，Pillar Laser圆盘锄（DH）、1英寸Barton窄刀（NK）和3英寸Barton撒播器（SP）。这些与三种耕作措施结合：ST、NT和CT，ST和CT在播种前进行。种子床利用率PP为13%，SP为25%，DH为16%，NK为8%。

2021年和2022年，使用的油菜品种为Pioneer RR DKTF96SC。2023年，Lethbridge使用Pioneer RR DKTF96SC，而Stirling选择Pioneer LL DKLL83SC。选择Liberty Link品种是为了避免可能的化学漂移和作物损害，因为该田块周围种植了Liberty Link油菜。

采用裂区随机完全区组设计，耕作措施为主区（8 m × 16 m），播种方法为子区（1.2 m × 16 m，不包括边界）。PP使用Monosem真空播种机，行距38.1 cm，而DH、NK和SP处理使用带有可拆卸工具栏的气钻，行距30.5 cm，目标播种率为60 seeds m^?2。播种深度设置为1.3 cm。播种前收集土壤样品并分析养分含量（表1）以确定每个地点的肥料需求。根据建议补充N、P、K和S肥料。根据存在的杂草种类和丰度选择除草剂，并按推荐标签剂量施用。在荚果填充期施用杀虫剂和杀菌剂以控制跳甲、油菜籽荚象甲和菌核病。成熟时使用收获助剂。使用的农药详情在附表A1中提供。

Data collection

进行油菜植株计数以确定植株密度。在播种后约2周（早期植株密度）和生长季结束后通过收获后茬计数（成熟期植株密度）评估立苗密度。这涉及在每个地块的两个代表性位置计数两行相邻1 m行的植株。使用Canapeo Android应用测量早期（播种后4-5周）和晚期（播种后6-8周）冠层覆盖度的分数绿色冠层覆盖（FGCC）。

使用小区联合收割机Harvest Master系统测定油菜种子产量。成熟时，每地块随机取样五株植株分析产量构成，包括每株分枝数、每株荚果数、每荚种子数和千粒重（TSW）。采用加拿大油菜委员会开发的方法测定TSW。使用FOSS Infratec 1241谷物分析仪测量油分含量。

使用中子水分探针测量土壤水分，深度达90 cm，从表面以15（从7.5到52.5 cm深度）至20（从70到90 cm深度）cm增量读数。使用Thermochron iButton温度记录器记录土壤温度，安装在每个重复各地块2.5 cm深度。从部署到播种的平均温度用作播前土壤温度，而从播种到出苗的平均温度用作播后土壤温度。从附近气象站获取降雨和气温数据（表3）。

Statistical analysis

使用SAS的MIXED和GLIMMIX程序对所有变量进行单变量混合模型分析。将重复效应视为随机，而地点（地点和年份的组合）、灌溉、播种方法和耕作措施视为固定效应。灌溉和地点互作效应包含在分析中，但由于播种方法和耕作系统在每个地点的灌溉系统内随机化，因此无法有效解释。

使用PROC GLIMMIX残差面板评估残差方差，揭示地点间响应变量的异质残差方差。为解决此问题，进行了初步PROC MIXED分析，模拟异质残差方差以估计起始协方差参数值。这些估计随后通过PARMS语句在后续PROC GLIMMIX分析中使用。模型拟合标准，校正Akaike信息准则，证实了模拟地点间残差方差异质性的好处。使用PROC MIXED的REPEATED语句和PROC GLIMMIX的RANDOM语句处理异质性。PROC GLIMMIX分析使用高斯误差分布。处理和地点互作效应在关联p值≤0.05时视为显著。ANOVA显著后，进行受保护Fisher最小显著差异检验。

采用分组方法探索系统响应和油菜种子产量及油分含量的变异性。该方法已用于众多农艺研究。估计每个处理组合 across 地点和重复的均值和变异系数（CV）。将均值对CV作图，并将数据划分为四个象限：高均值和高稳定性（第一组）、高均值和低稳定性（第二组）、低均值和低稳定性（第三组）、低均值和高稳定性（第四组）。

Results and discussion

Agronomic variables

在本研究中，PP通常通过增加早期植株密度改善种子萌发。这在Bow Island 2022、Brooks 2022和Stirling 2023的灌溉条件下以及Lethbridge 2021和2022、Brooks 2022和Stirling 2023的雨养条件下尤为明显。在灌溉条件下，与DH开沟器、NK开沟器和SP开沟器相比，PP across 所有地点改善油菜立苗率分别为23%、9%和9%。类似地，在雨养地点，PP比其他播种方法改善立苗率12%–25%。在成熟期立苗密度方面，PP在一半的灌溉地点和六个雨养地点中的四个显著改善密度。具体而言，与